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关键词： 重载柱塞泵   摩擦磨损   容积效率   性能退化  

摘要： 柱塞泵广泛应用于航空航天、工程机械、军工等领域,随着使用需求提升,对其使用压力有更高的要求。柱塞随着工作压力增高,倾覆力矩增大,会加剧柱塞副的磨损,进而降低柱塞泵容积效率,影响柱塞泵使用的可靠性。柱塞副由于磨损导致的性能退化是评价泵使用情况的指标之一。因此,有必要研究柱塞泵重载工况下柱塞副的磨损变化情况,为评价泵重载下可靠性提供理论依据。本文以重载斜盘柱塞泵为研究对象,主要研究内容如下:首先,开展柱塞运动学分析,以运动学分析为基础建立柱塞力平衡方程,分析重载工况下柱塞受力情况。研究重载力作用下柱塞副间隙变化,推导柱塞泵柱塞副及其它摩擦副泄漏量计算公式,得到重载工况柱塞泵泄漏性能。其次,根据柱塞泵受力分析结果以及动力学分析得到的柱塞副接触力结果,结合柱塞泵工作转速,确定柱塞副配对材料摩擦磨损实验工况。加工不同柱塞副配对材料,研究不同转速、压力工况下柱塞副配对材料的摩擦磨损特性,为通过实验数据推导实际柱塞副磨损奠定基础。再次,结合摩擦磨损实验结果和实际柱塞副工作几何及受力的对应关系,利用摩擦副磨损模型分析得到柱塞副泄漏量随累计磨损时间的变化规律,研究柱塞泵容积效率在不同压力及缸体转速工况下随时间的变化规律。提出柱塞泵寿命预测方法,为柱塞泵寿命的预测提供参考。最后,完成整泵容积效率测试,测定柱塞泵空载排量,测试柱塞泵在不同工作压力及缸体转速下的泄漏量及容积效率,验证理论研究的可靠性。

关键词： 模具磨损   仿真分析   扭力轴   镦粗  

摘要： 随着科技水平的不断发展,人们对扭力轴质量和能源利用效率的要求不断提高。扭力轴端头镦粗工艺中模具的磨损影响着扭力轴的质量和能源利用的效率。延长模具寿命,减少模具磨损,能降低生产成本,提高能源利用率,能提高镦粗后扭力轴端头的质量。本文以某工厂扭力轴端头镦粗模具为研究对象,运用Deform-3D软件进行模拟仿真,详细分析了始锻加热区间、镦粗速度、摩擦系数、模具硬度和始锻加热温度对模具磨损和锻件质量的影响。运用正交试验对各影响因素进行了重要度分析,得出对模具磨损影响的显著性顺序和最佳的扭力轴镦粗工艺参数组合。首先了解了国内外关于扭力轴和模具磨损的研究,对扭力轴端头镦粗过程中涉及到的模具失效形式、模具磨损类型、模具磨损过程和模具磨损的常用计算模型进行了更深的理解,了解了有限元理论和Deform仿真软件,建立了有限元模型,设置了相关的边界条件和参数。其次,对始锻加热区间173.125mm-515.125mm、230.125mm-515.125mm、258.625mm-515.125mm、287.125mm-515.125mm;镦粗速度为0.5mm/s、1mm/s、1.5mm/s;摩擦系数为0.20、0.25、0.3、0.35、0.4。模具硬度为55HRC、57HRC、59HRC、61HRC、63HRC;始锻加热温度为1150℃、1200℃、1250℃分别进行了模拟仿真。对于模具磨损,当始锻加热区域为230.125mm-515.125mm时,模具磨损量最小,为1.874×10mm;当镦粗速度为1.5mm/s时,模具磨损量最小为1.59×10mm;摩擦系数为0.25时,模具磨损量最小为1.455×10mm;始锻温度为1200℃时,模具磨损量最小,为1.718×10m m。最后,利用正交试验筛选出综合水平较优的四个工艺参数组合,A3B3C2D3即始锻温度为1250℃,镦粗速度为1.5mm/s,始锻加热区间为230.125mm-515.125mm,模具硬度为59HRC;A2B3C3D1即始锻温度为1200℃,镦粗速度为1.5mm/s,始锻加热区间为258.625mm-515.125mm,模具硬度为55HRC,A2B2C2D3即始锻温度为1200℃,镦粗速度为1mm/s,始锻加热区间为230.125mm-515.125mm,模具硬度为63HRC;A3B3C3D1即始锻温度为1250℃,镦粗速度为1.5mm/s,始锻加热区间为258.625mm-515.125mm,模具硬度为59HRC。最后,对综合水平较优的四个工艺参数组合进行模拟仿真,选出最佳工艺参数组合A3B3C3D1即始锻温度1250℃,镦粗速度1.5mm/s,始锻加热区间258.625mm-515.125mm,模具硬度59HRC。

关键词： 锂基润滑脂   添加剂   摩擦磨损   极压性能   润滑膜  

摘要： 在现代化的工业生产体系中,摩擦和磨损的问题越来越突出,减小摩擦磨损显得格外重要。润滑剂改善润滑脂的润滑性能,对节约能源和提高机器效率具有重要意义。润滑添加剂作为锂基润滑脂的一部分,对提高润滑脂的减摩抗磨性能具有重要意义。本文对不含添加剂、单一类型的抗磨添加剂ZDDP、PB和摩擦改进剂BTA、Mo DDP、复合类型的添加剂ZDDP+BTA、PB+BTA和ZDDP+Mo DDP、PB+Mo DDP共9种类型的锂基润滑脂进行了系统性的研究,考察了不同类型的添加剂对锂基润滑脂的减摩性能和抗磨性能的影响。研究了典型添加剂对锂基润滑脂的减摩抗磨机理。使用SRV微振动摩擦磨损试验机,研究上述9种锂基润滑脂的减摩性能。使用超景深光学显微镜和三维光学轮廓仪对摩擦表面形貌进行表征和分析,并比较不同润滑方式下的抗磨损性能。抗磨添加剂PB具有良好的抗磨性能,摩擦改进剂Mo DDP具有良好的减摩性能。两种添加剂经过复合后得到了复合添加剂PB+Mo DDP,在锂基润滑脂中具有良好的协同效应,能显著提高锂基润滑脂的减摩抗磨性能,有效消除瞬态启动时两摩擦表面之间出现的高摩擦现象,使锂基润滑脂具有优异的极压性能和较强的承受冲击载荷能力。通过X射线光电子能谱仪(XPS)分析了典型的添加剂,抗磨添加剂PB、摩擦改进剂Mo DDP和复合添加剂PB+Mo DDP锂基润滑脂的减摩抗磨机理。PB在摩擦热的作用下,PB颗粒中的活性B原子渗入到摩擦表面,生成硼元素化合物的润滑膜。PB的粒径越小,越容易吸附在摩擦表面形成更加致密的润滑保护膜,提高锂基润滑脂的抗磨性能。Mo DDP在摩擦热的作用下,发生分解并与金属表面发生化学反应,生成由Mo S和磷酸盐组成的化学摩擦膜。磷酸盐膜减少金属间的直接接触,具有良好的抗磨性能。片层的二硫化钼容易引起两接触表面的滑动,具有较好的减摩性能。复合添加剂PB+Mo DDP结合了抗磨添加剂PB的抗磨性能和摩擦改进剂Mo DDP的减摩性能,具备优异的协同效应,综合的提高了锂基润滑脂复合体系下的减摩和抗磨性能。流变学是对软质材料的弹性和粘性行为的研究。表观粘度代表了内部流动阻力,用于描述锂基润滑脂流动时的内部摩擦。应变扫描包含了储能模量和损耗模量之间的变化关系。复合添加剂PB+Mo DDP具有最佳的流动性能。

关键词： 辊形电子温控技术   磨损辊形   调控策略   磨损补偿  

摘要： 带钢是钢铁行业中的重要组成部分,带钢产品的质量是由工作辊辊形直接决定,而轧辊作为轧制的核心元件,工作时需承受轧制力、弯辊力、横向摩擦力及辊间接触压力等作用,在这一过程中,轧辊不可避免的会产生自身减材,即磨损。对于轧辊磨损研究一直是相关学者研究的难点及热点,辊形电子温控技术主要依据半导体热电效应,利用胀形原理(包括热胀形和冷缩形)对辊形的调控,进而实现对磨损辊形的补偿。实现磨损辊形补偿的过程中,以期达到一种“随磨随补”的动态平衡,从而提高工作辊单次上线的工作寿命和工作时长。因此,采用辊形电子温控技术对轧辊磨损所造成的磨损辊形进行补偿对于提高轧机控制水平及改善产品质量具有十分重要的意义。本文首先建立辊形电子温控技术实验平台,获得电子温控片冷热端温度随输入电流的变化曲线,同时建立电子温控轧辊有限元模型并通过实验平台验证其准确性。其次,引入某厂六辊轧机工作辊构建电子温控辊有限元仿真模型,根据输入电流的变化情况,探究电子温控辊合理的胀形调控策略并进行有限元仿真计算,分析不同调控策略下电子温控轧辊的磨损补偿能力。最后,利用CSM TRB球盘摩擦磨损试验机构建轧辊单点磨损历程曲线实验平台,通过实验与理论相结合的方式探究轧辊工作时单点磨损量随时间变化曲线,利用Labview程序编程追溯已有磨损曲线的各时刻磨损曲线,依托上述研究成果,使用合理的胀形调控策略对各时刻的磨损辊形曲线进行胀形补偿,以实现电子温控轧辊磨损辊形的动态补偿。

关键词： 非接触式测量   双目相机   列车车轮型面参数   列车车轮表面缺陷  

摘要： 随着列车运营里程的增加,列车车轮型面参数会逐渐偏离正常值,车轮踏面损伤问题愈发突出,擦伤、剥离、多边形磨损等现象严重影响列车正常运营。为了保障列车安全运营,对列车车轮型面参数异常与表面损伤进行快速检测与评估,根据检测结果指导现场车轮维护作业,可以有效提升车轮使用寿命。双目相机与结构光相结合的检测技术具有实时性强、非接触式测量、检测精度高等优点,在列车车轮检测方面具有明显优势。因此,本文针对双目相机与结构光相结合的列车车轮检测方式进行了研究。 针对列车车轮型面参数与缺陷检测问题,设计搭建了基于双目相机的列车车轮检测系统;利用基于双目相机的列车车轮检测系统对车轮型面参数进行检测,并对真实车轮不同类型的表面损伤与应用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机预制的车轮多边形磨损试样进行检测,验证了基于双目相机的列车车轮检测系统的有效性。 论文的主要结论如下: (1)设计搭建了基于双目相机的列车车轮检测系统。基于张正友标定法完成了双目相机参数标定,在此基础上对双目相机进行立体校正与立体匹配,实现了双目相机精确获得三维点云数据。 (2)完成了整体车轮点云模型拼接。设计了针对采集数据特点的预处理方式,有效去除了点云中冗余点与噪声点;从再现性、运行时间、特征点数量三个角度分析研究不同特征点检测算法作用于车轮数据的效果,发现了内在形状签名算法(Intrinsic Shape Signatures,ISS)在较小邻域半径下也能保持稳定的再现性比率,特征检测点数量较多且均匀;提出了基于改进快速特征直方图(Fast Point Feature Histograms,FPFH)的特征点描述算法,解决了现有特征点描述算法运行效率低的问题;应用多帧点云数据粗配准与精配准相结合的配准算法,提出了基于局部特征的多帧点云拼接方法,改善了非重合部分特征对拼接精度造成的不精确问题,最终获得了整体车轮点云模型。 (3)实现了车轮擦伤与剥离坑的检测。基于整体车轮点云模型并根据车轮实际尺寸特征设计出车轮型面参数测量方法;基于模式匹配的方式检测车轮擦伤深度与面积,同时实现了基于切片法的剥离坑体积的检测。 (4)精确获得了车轮多边形磨损检测结果。针对车轮多边形磨损沿车轮圆周分布特点提出滚动圆模式匹配检测方式,实现了对不同阶数及波深的多边形磨损的有效检测;通过与WL-1激光不圆度测量仪测量结果相对比验证了检测系统的精度。

关键词： 钻井参数优化   多目标优化   机器学习   钻头磨损   钻速  

摘要： 石油是当今世界上最重要的化工原料和消耗能源,是国家发展中的战略性资源,而钻井作业是石油勘探开采过程中最昂贵的环节。为了提高钻井效率、降低钻井成本,对钻井过程进行优化是必不可少的。钻井参数优化是实现钻井降本增效最有效的办法之一,通过研究钻井参数对钻井过程的影响,建立可靠的模型优化参数,最终达到降低钻井成本、提高钻井效率的目标。在钻井参数优化过程中,可靠的钻井参数预测模型是优化的基础,而适宜的优化目标是优化的关键。随着钻井作业深度加深,由钻头磨损引起的时间、成本损耗逐渐增加,以钻速、机械比能等为单一优化目标的钻井参数优化方法已经不能满足现场需求。研究考虑钻头磨损的钻井参数多目标优化方法具有重要的意义。 首先,基于历史钻井数据,运用机器学习算法,建立了数据驱动的钻井参数预测模型。通过对历史钻井数据的处理与分析,提取了数据中关键参数作为模型的输入特征。将输入特征与机器学习算法交叉组合,建立了多个钻井参数预测模型。通过比较模型的预测性能,优选出基于LightGBM算法,以钻压、转速、泵流量、岩性、深度与钻头直径为模型输入特征的参数预测模型,实现了对钻速、扭矩的实时预测。 其次,结合参数预测模型,建立钻井参数单目标优化模型和考虑钻头磨损的多目标优化模型。以钻速、扭矩和机械比能为优化目标建立了单目标优化模型,并构建了模型间的耦合关系。同时,考虑磨损面积对刀具磨损条件的影响,提出磨损面积修正的钻头磨损模型,构建了钻井参数与刀具磨损高度的关系。综合所建的钻头磨损模型与机械比能模型,提出了考虑钻头磨损的钻井参数多目标优化模型。 最后,通过实例分析研究了钻井参数对优化目标的影响规律。通过改变优化阈值与维度,研究了优化参数对钻速的影响规律,结果显示:增大钻压能有效提高钻速,但效果随着钻进深度增加逐渐降低,在深地层时,增大转速的提速效果更好;而调整泵流量改变了岩屑运移条件,能进一步提高钻速。通过分析耦合的单目标优化结果:优化机械比能使钻速提高25.4%,扭矩降低27.9%,能使钻井过程具有较高效率。通过对比单、多目标优化结果,探究了优化参数对于钻头磨损的影响规律:钻进深地层时,在低机械比能的基础上降低钻压、提高转速能减缓钻头磨损;而钻速增加会导致钻头磨损加剧,优化时需要平衡钻速与钻头磨损的关系。

关键词： DLP面曝光3D打印   投影光源水平度   大尺寸打印   精度保持   机械系统  

摘要： 3D打印技术是一种自下而上叠加的制造技术,具有制造速度快、制造复杂结构也不增加成本、支持个性化定制等特点。近年来,得到世界各国的重视,取得了很多突破性进展。DLP面曝光3D打印技术以液态光敏树脂作为打印材料,通过紫外光固化成型,一次能够成型一个面,具有打印速度快、打印精度高等优点,在模具制造、医疗等领域具有广阔的应用前景。然而由于DLP光源的核心元件数字微镜器件DMD的限制,单个DLP光源无法打印大尺寸模型。本人所在的实验室提出了基于多光源静态拼接的大尺寸3D打印技术,配合光照均匀化方法,在扩大成型平面的同时能够保证打印质量。然而现有方法通过图像拼接进行光源组合不能保证重叠区域的像素级对齐,可能影响成型精度。论文拟研究精度保持的大尺寸DLP面曝光3D打印技术,通过多光源像素级对齐,保证扩大后的成型平面的精度和单光源精度一致,在扩大成型平面的同时保证成型精度。论文主要工作包括: 1.改进硬件系统。首先,进行设备选型,根据DLP光源的成像原理选择符合需求的投影光源,根据相机成像原理确定实验相机;其次,设计了三种不同的图像采集方案,通过对比分析采集结果以及方案实施性等因素,确定了符合性能需求的图像采集方案,搭建图像采集系统;最后,根据功能需求改进硬件系统。 2.提出了一种基于视觉的光源水平度估计方法。首先,利用图像采集系统,捕获光源的像素级图像;其次,控制光源偏转,获取像素参数(大小或斜率)随偏转角度的变化数据,建立拟合曲线表示偏转角度和像素参数之间的关系;然后,根据曲线关系,估计出光源偏转的角度;最后,利用机械装置将投影位置校正为水平。结果表明,提出的方法估计的偏转角度的平均误差小于0.2度,满足实际应用需求,提高了打印产品的成功率,保证了打印质量。 3.提出了一种基于视觉的多光源像素级对齐方法。首先,采集重叠区域图像,通过图像质量评价判断其像素是否对齐;其次,若没有对齐,通过图像分析估计两个投影光源的平面内平移距离和旋转角度;最后,利用机械装置实现投影光源旋转轴和平移轴上的位置移动,实现两个投影光源上的像素的一一对齐。结果表明,经过像素级对齐后的大尺寸打印,可以打印尺寸为214mm*78mm的产品,且平均粗糙度都小于2μm,符合要求。 4.设计实现了精度保持的大尺寸DLP面曝光3D打印系统。首先阐述了软硬件环境;其次,对软件系统中的各模块进行了详细描述,包括:投影位置预处理模块、模型导入与处理模块、切片处理模块、打印方式选取模块、打印控制模块等;最后,对系统进行参数配置后,结合软硬件进行打印过程示例。证明了DLP面曝光3D打印系统的适用性。

关键词： 微动疲劳   损伤演化   磨损   裂纹萌生   数值模拟  

摘要： 微动现象由接触面之间的微小滑移引起,广泛存在于机械、航空、微电子以及土木工程中。循环荷载作用下,微动导致接触面磨损并造成先于普通疲劳失效的微动疲劳破坏。因此,本研究主要针对接触面磨损的微动疲劳问题。通过将微动疲劳失效过程分解为微动裂纹萌生与微动裂纹扩展两个阶段,理论推导构建微动疲劳损伤模型,模拟微动条件下的裂纹萌生与扩展,耦合接触面磨损,讨论影响微动疲劳寿命的主要影响因素,探究区别于普通疲劳的微动疲劳损伤机理,最终为结构工程微动疲劳设计方法奠定必要性理论基础。本文的主要研究如下:1)分别基于临界平面法中的SWT法与微动疲劳参数法中的FFD法,展开微动疲劳裂纹萌生研究。结果表明,SWT法适合高应力幅微动疲劳萌生寿命预测,并可预测裂纹初始扩展角度;FFD法更适合低应力幅微动疲劳萌生寿命预测,较SWT法,裂纹萌生寿命预测精度更高,且计算效率更高。2)基于疲劳损伤本构关系,引入接触面磨损形貌的影响,建立了考虑磨损形貌影响的微动疲劳裂纹萌生模型,通过子程序UMESHMOTION实现数值模拟过程中磨损形貌的实时更新。结果表明,不考虑磨损形貌会造成滑移区内偏于保守的预测萌生寿命。考虑磨损形貌会延缓滑移区裂纹形核损伤速率,且低应力幅的延缓效果更加明显。萌生寿命与法向应力,切向应力和摩擦系数均呈负相关。3)将接触面磨损影响作为附加损伤与原损伤耦合,基于不可逆热力学定理推导出等效损伤演化方程,建立了考虑磨损效应的损伤等效裂纹萌生损伤演化模型,通过子程序USDFLD实现接触区域微动疲劳损伤实时累积演化。结果表明,耦合磨损与损伤后,预测的微动疲劳裂纹萌生寿命离散性减小。磨损会加速部分滑移区裂纹形核损伤累积,表现为更短的裂纹萌生寿命。摩擦系数与切向循环应力对裂纹萌生寿命影响高于法向压力,对裂纹萌生位置也有明显的影响。4)基于前述的磨损-微动疲劳裂纹萌生等效损伤演化模型,耦合了塑性与磨损对微动疲劳萌生寿命的影响。结果表明,塑性与磨损均加速损伤累积,表现为较低的裂纹萌生寿命。塑性对裂纹萌生寿命的影响较磨损更大。增大循环应力导致塑性与磨损的损伤累积加速,降低裂纹萌生寿命;增大预紧力导致磨损损伤累积减缓,但加速塑性损伤累积,最终降低裂纹萌生寿命;增大摩擦系数导致塑性与磨损的损伤累积减缓,从而提高裂纹萌生寿命。5)将微动疲劳总寿命等效为裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命之和。采用磨损-微动疲劳等效损伤演化模型预测裂纹萌生寿命,进而,引入裂纹扩展模型,采用Paris法则计算裂纹扩展寿命,并通过python实现将SEAM模型和改进MTS法则结合的裂纹自动扩展路径分析。圆柱接触,高强螺栓连接以及风机塔筒法兰连接的微动疲劳分析结果表明,裂纹扩展使用改进MTS法提高了裂纹扩展角度预测结果,裂纹萌生过程结合磨损改善了整体微动疲劳预测精度;微动疲劳寿命与循环应力、摩擦系数和预紧力均呈负相关,裂纹扩展路径仅与预紧力有关。微动疲劳总寿命中裂纹萌生寿命起主要作用;风机塔法兰连接微动疲劳控制部位为螺栓杆与孔壁接触面,位于迎风面0度螺栓杆的中下部位,此处由于螺栓杆与螺栓孔壁接触的不利因素,微动疲劳寿命较低。减小法兰接触面之间的摩擦系数或增大螺栓杆与螺栓孔接触面之间的摩擦系数可以改善微动疲劳,提高微动疲劳寿命。

关键词： 假体周围骨溶解症   SOST/硬化蛋白   Wnt/β-catenin   破骨细胞   骨吸收  

摘要： 背景:磨损颗粒引起的关节假体周围骨溶解和随之出现的假体无菌性松动,是目前导致假体翻修手术的主要原因。SOST和其合成的硬化蛋白是骨细胞的特征性标记物,可以参与调节骨形成和骨吸收。我们在先前的研究中证明了抑制骨细胞SOST表达,可通过激活Wnt/β-catenin信号通路以及促进成骨分化,从而促进骨形成,减轻由钛(Titanium,Ti)颗粒引起的骨丢失。但目前尚不清楚SOST是否可以影响破骨细胞,从而调节磨损颗粒引起的骨溶解。方法:构建小鼠颅骨骨溶解模型,并对其进行显微CT扫描、HE染色和TRAP染色来评估小鼠颅骨模型的骨质流失。将取自C57BL/6小鼠的骨髓单核-巨噬细胞(BMMs)暴露在与Ti颗粒共培养48h后的MLO-Y4细胞的培养基中,并诱导其向破骨细胞转化。同时,使用多种生物信息学方法,来预测和验证SOST、Wnt/β-catenin、RANKL/OPG、TNF-α和IL-6之间的相互作用。结果:体内实验结果显示,使用Ti颗粒模拟磨损颗粒诱发小鼠颅骨表面发生骨溶解,硬化蛋白以及破骨细胞的标志物—抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)表达水平增加。当SOST抑制后,小鼠颅骨局部骨密度和骨体积增加,颅骨表面溶解孔数量减少,颅骨表面的侵蚀度减少。组织学分析表明,SOST抑制后,β-catenin及OPG表达显著增高,TRAP及RANKL表达显著减少。体外试验中,Ti颗粒作用骨细胞后,硬化蛋白表达水平升高,RANKL/OPG比率增加,β-catenin表达水平降低。同时,TNF-α及IL-6表达水平也随之升高。用Ti颗粒作用骨细胞后的培养基处理破骨细胞,破骨细胞NFATC1、CTSK、TRAP表达水平明显升高,破骨细胞TRAP染色阳性率增高,骨吸收面积增加。相反,在抑制骨细胞SOST表达后,由Ti颗粒产生的这些影响被逆转。结论:综上所述,我们的研究结果表明,抑制SOST可以激活骨细胞Wnt/β-catenin信号通路,同时抑制炎症的介质表达,从而抑制磨损颗粒诱导的破骨细胞生成及骨溶解。

关键词： Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层   电化学行为   摩擦学行为   腐蚀磨损   协同作用  

摘要： 海洋装备金属零部件在服役过程中会受到不同程度的腐蚀、磨损及其交互作用的影响,从而降低了材料的使役性能,加速了材料的失效进程。物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术制备的类金刚石碳(Diamond-Like carbon,DLC)基薄膜因其优异的化学惰性、机械性能及摩擦学性能被广泛应用于海洋金属装备零部件的表面作为固体润滑防护材料。但在使用过程中,因DLC薄膜与基底之间存在刚度差、热应力和结构失配等等问题导致其承载能力弱、韧性差,极易发生开裂和剥落,限制了其在高载、腐蚀及磨损等多因素耦合苛刻工况下的应用。超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)技术制备的CrC-NiCr金属陶瓷涂层具有高硬度、高强度、低孔隙率而被广泛用于金属材料的耐磨、耐蚀防护涂层。CrC-NiCr金属陶瓷涂层的机械性能介于金属基底和DLC薄膜之间,因此引入CrC-NiCr涂层作为DLC薄膜与基底的中间层可以实现接触应力梯度过渡,避免界面应力集中,有效提升顶层DLC薄膜的承载能力和结合强度。CrC-NiCr中间层的引入也避免了腐蚀介质渗入到膜基结合界面,造成因基底溶解导致的薄膜性能退化。本研究基于PVD薄膜与HVOF涂层性能优势协同的设计思路在316L不锈钢基底上使用HVOF制备CrC-NiCr金属陶瓷中间层,使用非平衡磁控溅射沉积系统(Closed Filed Unbalanced Magnetron Sputtering,CFUBMS)制备DLC表面功能薄膜,从而构筑出CrC-NiCr/DLC复合涂层,并研究了其在3.5 wt.%NaCl溶液中电化学行为、介质下的摩擦学行为以及腐蚀磨损行为。具体研究成果如下:(1)CrC-NiCr中间层的引入并未改变顶层DLC薄膜的组织结构,顶层DLC薄膜与CrC-NiCr中间层结合良好,CrC-NiCr/DLC复合涂层表面未发现较大的裂纹和孔洞,顶层DLC薄膜虽然继承了中间层固有的缺陷,但其孔隙率仅为1.3%,表面呈现岛状结构。(2)CrC-NiCr涂层的引入增大了顶层DLC薄膜的粗糙度和NaCl水溶液润湿效果。CrC-NiCr中间层为顶层DLC薄膜提供了良好的机械支撑,提高了顶层薄膜的承载能力,增强了顶层DLC薄膜与基底的结合强度。CrC-NiCr/DLC复合涂层的硬度、弹塑性因子较单一DLC薄膜和单一CrC-NiCr涂层有显著提升。(3)CrC-NiCr中间层的引入延长了腐蚀介质透过复合涂层的缺陷渗入到基底的时间,大幅度提升了复合涂层的耐腐蚀性能,腐蚀电位正移,腐蚀电流密度较单一DLC薄膜降低了约1个数量级。CrC-NiCr/DLC复合涂层表面的岛状边界,缺陷是腐蚀率先发生的区域。CrO和Ni O为主要的腐蚀产物。(4)CrC-NiCr/DLC复合涂层较单一DLC薄膜拥有更好的承载能力和结合强度,在载荷为20 N,滑动接触时间为90 min时仍保持优异的减摩耐磨性能,其磨损机制为碳膜的磨粒磨损和少量氧化磨损。CrC-NiCr中间层的引入实现了接触应力梯度过渡,促进了顶层DLC薄膜的石墨化,其在3.5 wt.%NaCl溶液下的磨损率较单一DLC薄膜降低了约1个数量级。(5)在3.5 wt.%NaCl水溶液中,相比于单一DLC薄膜,单一CrC-NiCr涂层,CrC-NiCr/DLC复合涂层的耐磨蚀性能更加优异,腐蚀磨损率最低。相较于单一DLC薄膜,CrC-NiCr中间层的引入增大了CrC-NiCr/DLC复合涂层受到的腐蚀和磨损之间的协同作用,顶层DLC薄膜在复合体系的磨损和腐蚀过程中起到主要防护作用,CrC-NiCr/DLC复合涂层的磨损行为主要由机械磨损主导。